Подключение конденсатора: Соединение конденсаторов — Основы электроники

Содержание

Соединение конденсаторов — Основы электроники

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока.

Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5.

Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов


Последовательное и параллельное соединение конденсаторов применяют в зависимости от поставленной цели. При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов.

Емкость набора при последовательном соединении конденсаторов будет вычисляться по формуле:

1 = 1 + 1 + 1
+ . ..
C C1 C2 C3

А общее напряжение будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов.
Например: мы имеем три конденсатора по 30 мкФ x 100 В каждый. При их последовательном соединении общий конденсатор будет иметь следующие данные: 10 мкФ x 300 В.

При параллельном соединении общая емкость конденсаторов складывается, а допустимое напряжение всего набора будет равно напряжению конденсатора, имеющего самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора.

C = C1 + C2 + C3 + C4 + …

Например: мы имеем три конденсатора 30 мкФ x 100 В, соединённые параллельно. Параметры всего набора конденсаторов в этом случае будут следующие: 90 мкФ x 100 В.

Соединение более двух конденсаторов последовательно редко встречается в реальных схемах. Хотя для увеличения общего напряжения такой набор может встретиться в высоковольтных источниках питания. А вот в низковольтных источниках довольно часто встречается параллельное соединение нескольких конденсаторов для сглаживания пульсаций после выпрямления при больших токах потребления.

Обратите внимание, формулы вычисления емкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов в точности обратны формулам вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.


Конденсатор | Класс робототехники

Электрический конденсатор (англ. capacitor) — это устройство, которое может накапливать электрический заряд и хранить его некоторое время. Конденсаторы можно найти практически в любом электронном устройстве. Они бывают разных типов и размеров.

На электрических схемах конденсаторы обозначают двумя параллельными черточками. При этом, у полярных конденсаторов около положительного электрода дополнительно ставится плюсик.

Для чего нужен конденсатор?

У этого прибора есть множество применений. Мы не будем перечислять их все, отметим лишь некоторые.

1) Фильтрация пульсаций в цепях питания. Конденсаторы часто ставят на входе и выходе преобразователей напряжения, на входе питания микросхем. В этом случае конденсаторы служат своего рода амортизаторами, которые могут сгладить неровности напряжения, подобно амортизаторам автомобиля, сглаживающим неровности дороги.

2) Времязадающие электрические цепи. Конденсаторы разной ёмкости заряжаются и разряжаются за разное время. Эту особенность используют в устройствах, где необходимо отсчитывать определенные промежутки времени. Например, с помощью резистора и конденсатора задается период и скважность импульса в микросхеме таймера 555 (урок про таймер 555).

3) Датчики прикосновения. В роли одной из обкладок конденсатора может выступить человек. Эту особенность нашего тела используют в своей работе сенсорные кнопки, тачскрины и тачпады некоторых видов.

4) Хранение данных. Конденсаторы применяются для хранения данных в оперативной памяти — ОЗУ (SRAM). Каждый модуль такой памяти содержит миллиарды отдельных конденсаторов, которые могут быть заряжены или разряжены, что интерпретируется как единица или ноль.

И это далеко не все варианты применения этого незаменимого прибора. Попробуем разобраться, как устройство конденсатора позволяет ему выполнять столько полезных функций!

Устройство простейшего конденсатора

Конденсатор состоит их двух металлических пластин — электродов, называемых также обкладками, между которыми находится тонкий слой диэлектрика.

Собственно, все конденсаторы устроены именно таким (или почти таким) образом, разве что меняется материал обкладок и диэлектрика.

Чтобы увеличить ёмкость конденсатора, не увеличивая его размеры, применяют разные хитрости. Например, если мы возьмем две обкладки в виде длинных полосок фольги, проложим между ними хотя бы тот же полиэтилен и свернем все это как рулет, то получится очень компактный прибор с большой ёмкостью. Именно так устроены плёночные конденсаторы.

Если вместо полиэтилена взять бумагу и пропитать её электролитом, то на поверхности фольги образуется тонкий слой оксида, который не проводит ток. Такой конденсатор будет называться электролитическим.

Существует много разных видов конденсаторов: бумажные, плёночные, оксидные алюминиевые и танталовые, вакуумные и т.п. В нашем уроке мы будем использовать оксидные электролитические конденсаторы из-за их большой ёмкости и доступности.

Полярные и неполярные конденсаторы

Очень важным является разделение конденсаторов на полярные и неполярные.

Приборы на основе оксидов: электролитические алюминиевые и танталовые обычно являются полярными, а значит если перепутать их полярность — они выйдут из строя. Причём этот выход из строя будет сопровождаться бурной электрохимической реакций вплоть до взрыва конденсатора.

На полярных конденсаторах всегда имеется маркировка. Как правило на электролитических конденсаторах на корпусе контрастной полосой отмечается отрицательный вывод (катод), у танталовых (в желтых прямоугольных корпусах) полоской помечается положительный вывод (анод). Если есть сомнения в маркировке, то лучше найти документацию на этот конденсатор и убедиться.

Неполярные же конденсаторы можно включать в цепь какой угодно стороной. К примеру, многослойные керамические конденсаторы — неполярные.

Ёмкость и напряжение конденсатора

Теперь обратим внимание на две важные характеристики конденсатора: ёмкость и номинальное напряжение.

Ёмкость конденсатора характеризует способность конденсатора накапливать заряд. Это как ёмкость банки, в которой хранится, к примеру, вода. Кстати, не зря одним из первых электрических конденсаторов была так называемая Лейденская банка. Она представляла собой обыкновенную стеклянную посуду, снаружи обмотанную фольгой. В банку была налита токопроводящая жидкость — электролит. Фольга и электролит играли роль обкладок, а стекло банки служило тем самым диэлектрическим барьером.

Ёмкость электрического конденсатора измеряют в фарадах. В схемах ёмкость обозначают латинской буквой C. Как правило, ёмкость классических конденсаторов варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ). Ёмкость указывается на корпусе конденсатора. Если единицы не указаны — то это пикофарады. Микрофарады часто обозначают как uF — так как буква u внешне похожа на греческую букву мю, которую используют вместо приставки микро.

Существует и особый вид конденсаторов, называемых ионисторами (англ. supercapacitor), которые имеют ёмкость в несколько фарад!  Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии в нём может храниться и тем дольше он заряжается, при прочих равных условиях.

Номинальное напряжение — второй важный параметр. Это такое напряжение, при котором конденсатор будет работать весь срок службы без критичного изменения своих параметров. Нельзя применять в 12-вольтовой цепи конденсатор на 6 вольт — он быстро выйдет из строя.

Именно эти два параметра обычно наносят на поверхность корпуса конденсатора. На фотографии ниже изображён электролитический конденсатор ёмкостью 470 мкФ и номинальным напряжением 16 Вольт.

А вот на керамических конденсаторах часто указывают только ёмкость. На картинке ниже конденсатор имеет маркировку 104. Что бы это значило?

Последняя цифра в этом коде — количество нулей после двухзначного числа в начале. 104 = 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ

Параллельное и последовательное подключение конденсаторов

Как и в случае резисторов, конденсаторы можно составлять в цепочки. Это бывает нужно, когда в схеме необходима какая-то конкретная ёмкость, а у вас нет такого конденсатора.

Параллельное подключение

В отличие от резисторов, при параллельном подключении конденсаторов их ёмкости складываются. Например, если нам нужно получить ёмкость 3000 мкФ, а у нас есть два конденсатора по 1000 мкФ, и 10 штук по 100 мкФ, смело ставим их параллельно и получаем: 1000*2+100*10 = 2000 + 1000 = 3000 мкФ

Последовательно подключение

При последовательном подключении конденсаторы ведут себя как резисторы, соединённые параллельно. Например, посчитаем суммарную ёмкость двух конденсаторов на 100 мкФ, соединённых последовательно:

Суммарная ёмкость Ctot = 50 мкФ.

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.

При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.

С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника.

Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Резистор и время заряда конденсатора

Зачем в цепи нужен резистор? Что на мешает подключить его напрямую к источнику? Тому есть две причины.

Резистор ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Чем меньше заряженных частиц за единицу времени прибывает в конденсатор, тем больше времени для заряда ему потребуется.

Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненциальному закону. Зная это, мы можем легко рассчитать время заряда/разряда в зависимости от его ёмкости и от сопротивления резистора.

По картинке можно понять, что за время T конденсатор заряжается на 63,2%. А вот за время 3T уже на 95%. Время T здесь равно произведению ёмкости конденсатора C на сопротивление R, последовательно соединенного резистора:

Например, у нас есть конденсатор ёмкостью 100 мкФ, соединенный с резистором 1 кОм. Посчитаем за сколько секунд он зарядится хотя бы до 95%:

Теперь умножаем это на 3 и получаем 3T = 0,3 секунды — за такое время конденсатор почти полностью будет заряжен.

Таким образом, меняя ёмкость конденсатора и резистора мы можем управлять временем его заряда, что нам ещё пригодится в будущем.

Вторая важная причина, по которой в цепи присутствует резистор — защита источника питания. Дело в том, что разряженные конденсаторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое составляет доли Ома. По сути, их можно рассматривать как обычные проводники. А что будет, если замкнуть выводы питания проводником? Будет короткое замыкание! Такой режим работы цепи является аварийным для источника питания, и его нужно всячески избегать.

Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора

Проведем небольшой опыт. Для этого соберем на макетной плате цепь с кнопкой, конденсатором и светодиодом. В качестве источника питания используем контакты питания Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Подключим Ардуино  к питанию. Затем, нажмем кнопку и светодиод практически мгновенно загорится. Отпустим кнопку — светодиод медленно начнет гаснуть. Почему так происходит?

Сразу после подключения нашей схемы к источнику питания, в ней начинают происходит интересные процессы.

Как уже говорилось ранее, пока конденсатор пустой, ток через него максимален. Следовательно, конденсатор начинает стремительно набирать заряд.  При этом светодиоду, который подключен параллельно, ничего не достается 🙁 Напряжение на нем близко к нулю.

С течением времени конденсатор насыщается, благодаря чему ток начинает постепенно переходить в параллельную цепь — через светодиод. Напряжение на светодиоде начинает расти. Наступает момент, когда напряжение на светодиоде принимает критическое значение (для красного светодиода около 1,8 В), при котором он стремительно отбирает остатки тока у конденсатора и вспыхивает!

Когда мы отпускаем кнопку, ситуация становится гораздо проще. Конденсатор становится источником питания для светодиода с резистором. Светодиод начинает медленно высасывать заряд из конденсатора, пока тот не разрядится. Тут мы и наблюдаем медленно угасание.

Меняя сопротивление R1, мы можем влиять на скорость вспыхивания светодиода. Однако, следует учитывать, что увеличивая R1 мы будем снижать ток в цепи, тем самым уменьшая максимальный заряд конденсатора и яркость светодиода.

Увеличивая C1, мы получим более длительное время работы светодиода после выключения источника.  Это как поставить более ёмкую батарейку.

Наконец, меняя R2 можно регулировать яркость светодиода, и соответственно, время его работы. Ведь чем меньше тока мы забираем из конденсатора, тем на большее время его хватит.

К размышлению

Итак, мы познакомились с конденсатором — интересным и порой опасным жителем любой электронной платы. В следующих уроках уделим внимание резистору и индуктивности, а также более сложному их собрату — транзистору.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Подключение пусковых конденсаторов к электродвигателю.

В одной из прошлых статей мы говорили о подборе рабочих конденсаторов для работы  3 ф.(380 Вольт) асинхронного электродвигателя от 1 ф. сети (220 Вольт). А именно о подборе рабочих конденсаторов  по амперметру . Спасибо Вам мои читатели за  множество отзывов и благодарностей, ведь если бы не Вы  уже давно бы забросил это дело.  В одном из писем  присланных мне на почту были вопросы: « Почему  не рассказал о пусковых конденсаторах?», «Почему у меня не запускается двигатель, ведь я всё сделал, как было написано».  А ведь правда что не всегда хватает «рабочих» конденсаторов для пуска электродвигателя под  нагрузкой, и возникает вопрос: «Что же делать?». А вот что: «Нам нужны пусковые конденсаторы». А вот как их подобрать правильно мы сейчас поговорим. И так что мы имеем: 3 фазный электродвигатель, к которому на основе прошлой статье  мы подобрали ёмкость рабочего конденсатора 60 мкФ. Для пускового конденсатора мы берем емкость в 2 — 2,5 раза больше чем ёмкость рабочего конденсатора. Таким образом, нам понадобится конденсатор ёмкостью 120 – 150 мкФ. При этом рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети. Сейчас у многих возникает вопрос: « А почему не 300 мкФ или даже 1000 мкФ, ведь кашу маслом не испортишь?». Но в не этом случае, всего должно быть в меру, при слишком большей ёмкости пусковых конденсаторов  нечего очень страшного не случиться, но эффективность пуска электродвигателя будет хуже. Таким образом не стоит тратить лишние средства на покупку слишком большой ёмкости.

Но какие, же конденсаторы нужны для пуска электродвигателя?

Если нам нужна небольшая ёмкость пускового конденсатора то вполне подойдёт конденсаторы того же типа которые мы использовали для рабочих конденсаторов.  Но если нам нужно довольно таки  большая ёмкость? Для такой цели не целесообразно использовать такой тип конденсаторов через их дороговизну и размеры (при сборе большой батареи конденсаторов размеры её будут велики).  Для таких целей нам служат специальные пусковые (стартовые) конденсаторы, которые сейчас присутствуют в продаже, в большом ассортименте.  Такие конденсаторы встречаются разных форм и типов, но в их названиях присутствует маркировка (надпись): «Start», «Starting»,  « Motor Start» или что-то в этом роде, все они служат для пуска электродвигателя. Но для лучшей убедительности лучше спросить у продавца при покупке, он всегда подскажет.

 


А вот сейчас Вы скажете: «А как же конденсаторы от старых советских ч/б телевизоров, так называемые «электролиты»?»

Да что я Вам могу сказать по этому поводу. Я сам их не использую, и Вам не рекомендую и даже отговариваю. Всё потому что их использование в качестве пусковых конденсаторов не вполне безопасно. Потому что они могут вздуваться или и того хуже взрываться. К тому же такой тип конденсаторов со временем высыхает и теряет  свою номинальную ёмкость, и мы не можем точно знать, какую именно мы применяем в данный момент.

И так у нас есть электродвигатель, рабочий и пусковой конденсатор. Как нам всё это подключить?

Для этого нам понадобится кнопка ПНВС.

  

Кнопка ПНВС (пускатель нажимной с пусковым контактом) имеет три контакта: два крайних –   с фиксацией и один посередине – без фиксации. Он и служит для включения пускового конденсатора, а при прекращении нажатия на кнопку возвращается в исходное положение (пусковой конденсатор «Сп» включается только во время пуска двигателя, а рабочий конденсатор «Ср» постоянно находиться в работе), другие два крайних контакта остаются включенными и отключаются при нажатии кнопки «Стоп». Кнопку «Пуск» нужно удерживаться до тех пор, пока скорость вала не достигнет максимальных оборотов, и только после её отпустить. Также не стоит забывать, что конденсатор имеет свойство иметь заряд электрического тока, и Вы можете попасть под поражения электрическим током. Что бы этого не случилось, по окончанию работы  отключите электродвигатель от сети, и включите на одну две секунды кнопку «Пуск», чтобы конденсаторы могли разрядиться. Либо параллельно пусковому конденсатору поставьте резистор около 100 килоом, чтобы конденсатор разряжался на него.

У нас с двигателя выходят три провода. Первый и третий  мы подключаем к двум крайним контактам кнопки. Второй же провод мы подключаем к одному из контактов пускового конденсатора «Сп», а второй контакт этого конденсатора к средней  клемме копки ПНВС. Ко второму и третьему проводу, как показано на схеме, подключаем рабочий конденсатор  «Ср».  С другой стороны кнопки два крайних контакта подключаем к сети, а к среднему подключаем «перемычку» к контакту, к которому подключен рабочий конденсатор «Ср».

Схематически это выглядит так:

вариант схемы с реверсом:


Удачи Вам в ваших экспериментах.

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

В предыдущих статьях были рассмотрены вопросы работы и характеристики конденсаторов. Сейчас Я расскажу о всех методах соединения конденсаторов для подключения в схему. Сразу скажу, что в жизни практически везде, за исключением редких случаев используется только параллельная схема подключения.

Следует знать, что в цепи переменного тока конденсатор выступает еще как емкостное сопротивление. При чем с увеличением величины емкости конденсатора- уменьшается сопротивление в цепи переменного тока.

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельной схеме подключения все обкладки конденсаторов соединяются в две группы, причем один вывод с каждого конденсатора соединяется в одну группу с другими, а второй — в другую. Наглядный пример параллельного соединения и схема на картинке.
Все параллельно соединенные конденсаторы подключаются к одному источнику напряжения, поэтому существует на них две точки разности потенциалов или напряжения. На всех выводах конденсаторов будет абсолютно одинаковое напряжение.

При  подключении параллельно все конденсаторы вместе, образуют принципиально одну емкость, величина которой будет равняться сумме всех емкостей подключенных в цепи конденсаторов.При параллельном подключении через каждый из конденсаторов потечет разный ток, который будет зависеть от величины емкости каждого из них. Чем выше емкость, тем больший ток потечет через неё.

Параллельное соединение очень часто встречается в жизни. С его помощью можно из группы конденсаторов собрать любую необходимую емкость. Например, для запуска 3 фазного электродвигателя в однофазной сети 220 Вольт в результате расчетов Вы получили что необходима рабочая емкость 125 мкФ. Такой емкости конденсаторов Вы не найдете в продаже. Для того, что бы получить необходимую емкость придется купить и соединить параллельно 3 конденсатора один на 100 мкФ, второй- на 20, и третий на 5 мкФ.

Соединение конденсаторов последовательно

При последовательном соединении конденсаторов каждая из обкладок соединяется только в одной точке с одной обкладкой другого кон­денсатора. Получается цепочка конденсаторов. Крайние два вывода подключаются к источнику тока, в результате чего происходит перераспределение между ними электрических зарядов. Заряды на всех промежуточных обкладках одинаковые величине с чередованием по знаку. 

Через все соединенные конденсаторы последовательно протекает одинаковой величины ток, потому что у него нет другого пути прохождения.
Общая же емкость будет ограничиваться площадью обкладок самого маленького по величине, потому что как только зарядится полностью конденсатор с самой маленькой емкостью- вся цепочка перестанет пропускать ток и заряд остальных прервется. Высчитывается же емкость по этой формуле:Но при последовательном соединении увеличивается расстояние (или изоляция) между обкладками до величины равной сумме расстояний между обкладками всех последовательно подключенных конденсаторов. Например, если взять два конденсатора с рабочим напряжением 200 Вольт и соединить последовательно, то изоляция между их обкладками сможет выдержать 1000 Вольт при подключении в схему.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что последовательно соединять необходимо:

  1. Для получения эквивалентного меньшего по емкости конденсатора.
  2. Если необходима емкость, работающая на более высоких напряжениях.
  3. Для создания емкостного делителя напряжения, который позволяет получить меньшей величины напряжение из более высокого.

Практически, для получения первого и второго достаточно просто купить один конденсатор с необходимой величиной емкости или рабочим напряжением. Поэтому данный метод соединения в жизни не встречается.

Смешанное соединение конденсаторов

Встречается смешанное соединение только на различных платах. Для него характерно наличие в одной цепи параллельного и последовательного соединения конденсаторов. При чем смешанное соединение может быть как последовательного, так параллельного характера.

В жизни подробные знания о смешанном соединении могут только пригодится радиолюбителям, поэтому не буду на этом подробно останавливаться.

Из следующей статьи Вы узнаете как правильно проверить и определить емкость конденсатора.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Соединение конденсаторов в электрической цепи может быть последовательным, параллельным и последовательно-пареллельным (смешанным).

Если провести аналогию между соединением конденсаторов и соединением резисторов , то стоит отметить, что формулы расчета общей емкости и общего сопротивления идентичны, только между разными типами соединений:

Формула Cобщ при параллельном соединении конденсаторов = формула Rобщ при последовательном соединении резисторов.

Формула Cобщ при последовательном соединении конденсаторов = формула Rобщ при параллельном соединении резисторов.

  • Cобщ — общая емкость
  • Rобщ — общее сопротивление

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельное соединение конденсаторов — это соединение при котором конденсаторы соединяются собой обоими контактами. В результате к одной точке может быть присоединено несколько конденсаторов.

При параллельном соединении формируется один большой конденсатор с площадью обкладок, равной сумме площадей обкладок всех отдельных компонентов. Поскольку емкость конденсаторов прямо пропорциональна площади обкладок, общая емкость Собщ при параллельном соединении равняется сумме емкостей всех конденсаторов в цепи.

Параллельное соединение конденсаторов

Напряжение при параллельном соединении

На все параллельно соединенные конденсаторы падает одинаковое напряжение. Так происходит, потому что существует всего лишь две точки, между которыми может быть разность потенциалов (напряжение). Другими словами, можно сказать что при параллельном соединении все конденсаторы подключены к одному источнику напряжения.

Падение напряжения при параллельном соединении

Ток при параллельном соединении

Ток конденсатора во время переходного периода зависит от его емкости и изменения напряжения:

  • ic — ток конденсатора
  • C — Емкость конденсатора
  • ΔVC/Δt – Скорость изменения напряжения

При параллельном соединении через каждый конденсатор потечет одельный ток, в зависимости от емкости конденсатора:

Ток при параллельном соединении

Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов – это соединение двух или более конденсаторов в форме цепи, в которой каждый отдельный конденсатор соединяется с другим отдельным конденсатором только в одной точке.

Последовательное соединение конденсаторов

Ток при последовательном соединении

Ток (iC), заряжающий последовательную цепь конденсаторов, будет одинаковым для всех конденсаторов, поскольку у него есть только один возможный путь прохождения:

Вследствие того что через все последовательно соединенные конденсаторы течет одинаковый ток, количество накопленого электрического заряда для каждого конденсатора будет одинаковым, независимо от его емкости. Так происходит, потому что электрический заряд, накапливаемый на обкладке любого конденсатора, должен прийти с обкладки примыкающего конденсатора.

Таким образом, последовательно соединенные конденсаторы имеют одинаковый электрический заряд:

Посмотрим на последовательную цепь из трех конденсаторов на рисунке выше. Правая обкладка первого конденсатора С1 соединяется с левой второго конденсатора С2, у которого правая обкладка соединяется с левой третьего конденсатора С3. Это означает, что в режиме постоянного тока конденсатор С2 электрически изолирован от общей цепи.

В итогое эффективная площадь обкладок уменьшается до площади обкладок самого маленького конденсатора. Это объясняется тем, что как только обкладки наименшей площади заполнятся электрическим зарядом, данный конденсатор перестанет пропускать ток. В результате ток прекратиться во всей цепи, и процесс зарядки остальных конденсаторов также прекратится.

При последовательном соединении общее расстояние между обкладками увеличивается до суммы расстояний между обкладками всех конденсаторов.

Таким образом, последовательная цепь формирует один большой конденсатор с площадью обкладок элемента с наименьшей емкостью, и расстоянием между обкладками, равному сумме всех расстояний в цепи.

Площадь и расстояние между обкладками при последовательном соединении

Падение напряжения и общая емкость при последовательном соединении

На каждый отдельный конденсатор в последовательной цепи падает разное напряжение. Поскольку емкость обратно пропрциональна напряжению (С = Q/V), то чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение на него упадет.

Применим закон Кирхгофа для напряжения в последовательной цепи из трех конденсаторов:

Падение напряжения при последовательном соединении

Емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна его напряжению — C = Q/V. Как уже упоминалось выше, последовательно соединенные конденсаторы имеют одинаковый электрический заряд — Qобщ = Q1 = Q2 = Q3.

Следовательно:

Разделив все выражение на Qобщ мы получим уравнение для общей емкости при последовательном соединении:

Из данного уравнения можно легко вывести формулу общей емкости для любого частного случая последовательного соединения.

Например, общая емкость для трех конденсаторов:

Общая емкость для двух конденсаторов:

Смешанное соединение конденсаторов

Если в цепи есть и последовательное и параллельное соединение, то такую цепь называют смешанной или последовательно-параллельной. Тем не менее, смешанное соединение может иметь как последовательный, так и параллельный характер.

Смешанное соединение конденсаторов

Общая емкость смешанного соединения конденсаторов

Чтобы посчитать общую емкость смешанного соединения конденсаторов, следуют такому же алгоритму, как и при расчете общего сопротивления смешанного соединения резисторов.

  • Цепь разбивают на участки с только пареллельным или только последовательным соединением
  • Вычисляют общую емкость для каждого отдельного участка.
  • Вычисляют общую емкость для всей цепи смешанного соединения.

Так это будет выглядеть для схемы 2:

Преобразование смешанного соединения в параллельное

Зачем все это нужно?

Вполне справедливым может оказаться вопрос, для чего надо соединять конденсаторы последовательно, если общая емкость будет меньше? Скорее всего, первым что приходит в голову — это чтобы получить новый эквивалентный конденсатор с меньшей емкостью. Но в производстве микросхем вряд ли будут делать подобное, поскольку, во -первых, обычно нужно экономить место на печатной плате, а во-вторых, нет смысла тратить деньги на два компонента или больше, если можно купить один с требуемой емкостью.

Но если в параллельном или последовательном соединении конденсаторов еще есть хоть какая-то логика, то кому вообще нужно смешанное?

Дело в том, что емкостью, то есть способностью накапливать электрический заряд, обладает любое тело в природе, даже человеческое. Если мы говорим о электрической цепи, то все ее элементы на практике обладают емкостью, и их можно представить как конденсаторы. Часто такую емкость еще называют паразитической, потому как она создает разного рода помехи.

Например, у нас есть какая-то электронная цепь с множеством различных компонентов, которая принимает сигнал, обрабатывает его определенным образом и выдает на выход результат. Известно, что время задержки сигнала, в основном, зависит от паразитической емкости электронных компонентов схемы. Поскольку должно пройти время зарядки паразитической емкости, прежде чем она начнет пропускать сигнал. Если мы хотим узнать время задержки, нужно посчитать общую емкость всех компонентов, конвертировав их в цепь из конденсаторов.

Схема подключения, подбор и расчёт пускового конденсатора

Выход из строя конденсаторов в цепи компрессора кондиционеров случается не так уж и редко. А зачем вообще нужен конденсатор и для чего он там стоит?

Бытовые кондиционеры небольшой мощности в основном питаются от однофазной сети 220 В. Самые распространённые двигатели которые применяют в кондиционерах такой мощности- асинхронные со вспомогательной обмоткой, их называют двухфазные электродвигатели или конденсаторные.

В таких двигателях две обмотки намотаны так, что их магнитные полюсы расположены под углом 90 град. Эти обмотки отличаются друг от друга количеством витков и номинальными токами, ну соответственно и внутренним сопротивлением. Но при этом они рассчитаны так что при работе они имеют одинаковую мощность.

В цепь одной из этих обмоток, её производители обозначают как стартовую(пусковую), включают рабочий конденсатор, который постоянно находится в цепи. Этот конденсатор ещё называют фазосдвигающим, так как он сдвигает фазу и создаёт круговое вращающееся магнитное поле. Рабочая или основная обмотка подключена напрямую к сети.

Схема подключения пускового и рабочего конденсатора

Рабочий конденсатор постоянно включён в цепь обмотки через него протекает ток равный току в рабочей обмотке. Пусковой конденсатор подключается на время запуска компрессора — не более 3 секунд (в современных кондиционерах используется только рабочий конденсатор, пусковой не используется)

Расчёт ёмкости и напряжения рабочего конденсатора

Расчёт сводится к подбору такой емкости, чтобы при номинальной нагрузке было обеспечено круговое магнитное поле, так как при значении ниже или выше номинального магнитное поле изменяет форму на эллиптическое, а это ухудшает рабочие характеристки двигателя и снижает пусковой момент. В инженерных справочниках приведена формула для расчёта ёмкости конденсатора:

Ср= Isinφ/2πf U n2

I и sinφ –ток и сдвиг фаз между напряжением и током в цепи при вращающемся магнтном поле без конденсатора

f- частота переменного тока

U – напряжение питания

n- коэффициент трансформации обмоток , определяется как соотношение витков обмоток с конденсатором и без него.

Напряжение на конденсаторе рассчитывается по формуле

Uc= U√(1+n2)

Uc -рабочее напряжение конденсатора

U — напряжение питания двигателя

n — коэффициент трансформации обмоток

Из формулы видно, что рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора выше напряжения питания двигателя.

В пособиях по расчёту приводят приближённое вычисление – 70-80 мкФ ёмкости конденсатора на 1 кВт мощности электродвигателя, а номинал напряжения конденсатора для сети 220 В обычно ставят — 450 В.

Также параллельно к рабочему конденсатору подключают пусковой конденсатор на время пуска, примерно на три секунды, после чего срабатывает реле и отключает пусковой конденсатор. В настоящее время в кондиционерах схемы с дополнительным пусковым конденсатором не применяют.

В более мощных кондиционерах используют компрессоры с трёхфазными асинхронными двигателями, пусковые и рабочие конденсаторы для таких двигателей не требуются.

Проверка и замена пускового/рабочего конденсатора

Конденсаторы — Learn.sparkfun.com

Избранное Любимый 77

Введение

Конденсатор представляет собой электрический компонент с двумя выводами. Наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются одними из самых основных пассивных компонентов , которые мы используем. Вам придется очень постараться, чтобы найти схему, в которой или не имеет конденсатора.

Что делает конденсаторы особенными, так это их способность накапливать энергию ; они как полностью заряженная электрическая батарея. Колпачки , как мы их обычно называем, имеют все виды важных применений в цепях. Общие области применения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и сложную фильтрацию сигналов.

Описано в этом руководстве

В этом руководстве мы рассмотрим всевозможные темы, связанные с конденсаторами, в том числе:

  • Как делают конденсатор
  • Как работает конденсатор
  • Единицы измерения емкости
  • Типы конденсаторов
  • Как распознать конденсаторы
  • Как емкость объединяется последовательно и параллельно
  • Общие области применения конденсаторов

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотреть) эти:

.

Символы и единицы измерения

Символы цепи

Есть два распространенных способа изобразить конденсатор на схеме. У них всегда есть две клеммы, которые соединяются с остальной частью схемы. Символ конденсаторов состоит из двух параллельных линий, плоских или изогнутых; обе линии должны быть параллельны друг другу, близко, но не соприкасаться (это на самом деле показывает, как сделан конденсатор.Сложно описать, проще показать:

(1) и (2) — стандартные символы цепи конденсатора. (3) является примером символов конденсаторов в действии в цепи регулятора напряжения.

Символ с изогнутой линией (№ 2 на фотографии выше) указывает на то, что конденсатор поляризован, что означает, что это, вероятно, электролитический конденсатор. Подробнее об этом в разделе типов конденсаторов этого руководства.

Каждый конденсатор должен сопровождаться именем — C1, C2 и т. д.. — и значение. Значение должно указывать емкость конденсатора; сколько в нем фарад. Кстати о фарадах…

Единицы измерения емкости

Не все конденсаторы одинаковы. Каждый конденсатор рассчитан на определенную емкость. Емкость конденсатора говорит вам сколько заряда он может хранить , чем больше емкость, тем больше емкость для хранения заряда. Стандартная единица измерения емкости называется фарад , что сокращенно обозначается как Ф .

Получается, что фарад — это много емкости, даже 0,001Ф (1 милфарад — 1мФ) большой конденсатор. Обычно вы увидите конденсаторы с номиналом в диапазоне от пико- (10 -12 ) до микрофарад (10 -6 ).

-12 -9 -6 -3
Приставка Имя Аббревиатура Вес Эквивалентные Farads
пФ пФ 10 0,000000000001 F
Нанофарада нФ 10 0.000000001 F
мкФ мкФ 10 0,000001 F
Milifarad мФ 10 0,001 F
Kilofarad кР 10 3 1000 F

Когда вы попадаете в диапазон емкости от фарад до килофарад, вы начинаете говорить о специальных конденсаторах, называемых супер или ультра -конденсаторы.


Теория конденсаторов

Примечание : Материал на этой странице не является критически важным для понимания новичками в области электроники… и становится немного сложнее ближе к концу. Мы рекомендуем прочитать раздел «Как изготавливается конденсатор », остальные, вероятно, можно пропустить, если они вызывают у вас головную боль.

Как делают конденсатор

Схематичное обозначение конденсатора на самом деле очень похоже на то, как он сделан.Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком . Металлические пластины расположены очень близко друг к другу, параллельно, но между ними находится диэлектрик, чтобы они не соприкасались.

Стандартный сэндвич-конденсатор: две металлические пластины, разделенные изолирующим диэлектриком.

Диэлектрик может быть изготовлен из любых изоляционных материалов: бумаги, стекла, резины, керамики, пластика или любого другого материала, препятствующего прохождению тока.

Пластины изготовлены из токопроводящего материала: алюминия, тантала, серебра или других металлов. Каждый из них подключен к терминальному проводу, который в конечном итоге соединяется с остальной частью схемы.

Емкость конденсатора — сколько у него фарад — зависит от его конструкции. Для большей емкости требуется больший конденсатор. Пластины с большей площадью перекрытия обеспечивают большую емкость, а большее расстояние между пластинами означает меньшую емкость. Материал диэлектрика даже влияет на то, сколько фарад имеет колпачок.Полную емкость конденсатора можно рассчитать по уравнению:

Где ε r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (постоянная величина, определяемая материалом диэлектрика), A — площадь, на которой пластины перекрывают друг друга, а d — расстояние между пластинами.

Как работает конденсатор

Электрический ток — это поток электрического заряда, который используют электрические компоненты, чтобы загораться, вращаться или делать что-то еще.Когда ток течет в конденсатор, заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — всасываются в одну из пластин, и в целом она становится отрицательно заряженной. Большая масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает заряды другой пластины, делая ее положительно заряженной.

Положительные и отрицательные заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды.Но с диэлектриком, сидящим между ними, как бы они ни хотели соединиться, заряды навсегда застрянут на пластине (пока им некуда будет деться). Постоянные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, влияющее на электрическую потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на таком конденсаторе, колпачок накапливает электрическую энергию так же, как батарея может накапливать химическую энергию.

Зарядка и разрядка

Когда положительные и отрицательные заряды сливаются на пластинах конденсатора, конденсатор становится заряженным .Конденсатор может сохранять свое электрическое поле — удерживать свой заряд — потому что положительные и отрицательные заряды на каждой из пластин притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга.

В какой-то момент пластины конденсатора будут настолько заряжены, что просто не смогут принимать больше. На одной пластине достаточно отрицательных зарядов, чтобы они могли оттолкнуть любые другие, пытающиеся присоединиться. Здесь в игру вступает емкость (фарад) конденсатора, которая говорит вам о максимальном количестве заряда, который может хранить крышка.

Если в цепи создается путь, который позволяет зарядам найти другой путь друг к другу, они покинут конденсатор, и он разрядится .

Например, в приведенной ниже схеме батарея может использоваться для создания электрического потенциала на конденсаторе. Это приведет к тому, что на каждой из пластин будут накапливаться одинаковые, но противоположные заряды, пока они не будут настолько заполнены, что будут отражать дальнейшее протекание тока. Светодиод, включенный последовательно с крышкой, может обеспечить путь для тока, а энергия, накопленная в конденсаторе, может использоваться для кратковременного освещения светодиода.

Расчет заряда, напряжения и тока

Емкость конденсатора — сколько у него фарад — говорит вам, сколько заряда он может хранить. Сколько заряда конденсатора в настоящее время хранит , зависит от разности потенциалов (напряжения) между его пластинами. Эту взаимосвязь между зарядом, емкостью и напряжением можно смоделировать с помощью следующего уравнения:

Заряд (Q), хранящийся в конденсаторе, представляет собой произведение его емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V).

Емкость конденсатора всегда должна быть постоянной известной величиной. Таким образом, мы можем регулировать напряжение, чтобы увеличить или уменьшить заряд крышки. Большее напряжение означает больше заряда, меньше напряжения… меньше заряда.

Это уравнение также дает нам хороший способ определить стоимость одного фарада. Один фарад (Ф) — это способность хранить одну единицу энергии (кулон) на каждый вольт.

Расчет тока

Мы можем пойти дальше в уравнении заряд/напряжение/емкость, чтобы выяснить, как емкость и напряжение влияют на ток, потому что ток — это скорость потока заряда.Суть отношения конденсатора к напряжению и току такова: количество тока через конденсатор зависит как от емкости, так и от того, как быстро напряжение возрастает или падает . Если напряжение на конденсаторе быстро возрастает, через конденсатор индуцируется большой положительный ток. Более медленный рост напряжения на конденсаторе соответствует меньшему току через него. Если напряжение на конденсаторе постоянно и неизменно, то через него не будет проходить ток.

(Это уродливо и приводит к исчислению. Это не так уж необходимо, пока вы не изучите анализ во временной области, проектирование фильтров и другие грубые вещи, поэтому переходите к следующей странице, если вам не нравится это уравнение. .) Уравнение для расчета тока через конденсатор:

dV/dt часть этого уравнения является производной (причудливый способ сказать мгновенная скорость ) напряжения с течением времени, это эквивалентно выражению «как быстро напряжение повышается или понижается в данный момент».Большой вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение постоянно , производная равна нулю, что означает ток также равен нулю . Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.


Типы конденсаторов

Существуют всевозможные типы конденсаторов, каждый из которых имеет определенные особенности и недостатки, которые делают его лучше для одних приложений, чем для других.

При выборе типа конденсатора необходимо учитывать несколько факторов:

  • Размер — Размер как по физическому объему, так и по емкости.Конденсатор нередко является самым большим компонентом в цепи. Они также могут быть очень маленькими. Для большей емкости обычно требуется конденсатор большей емкости.
  • Максимальное напряжение — Каждый конденсатор рассчитан на максимальное падение напряжения на нем. Некоторые конденсаторы могут быть рассчитаны на 1,5 В, другие — на 100 В. Превышение максимального напряжения обычно приводит к разрушению конденсатора.
  • Ток утечки — Конденсаторы не идеальны.Каждая крышка склонна к утечке небольшого количества тока через диэлектрик от одной клеммы к другой. Эта крошечная потеря тока (обычно наноампер или меньше) называется утечкой. Утечка заставляет энергию, хранящуюся в конденсаторе, медленно, но верно утекать.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — Выводы конденсатора не являются проводящими на 100%, они всегда будут иметь небольшое сопротивление (обычно менее 0,01 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда через крышку проходит большой ток, вызывая потери тепла и мощности.
  • Допуск — Конденсаторы также не могут иметь точную, точную емкость. Каждая крышка рассчитана на номинальную емкость, но, в зависимости от типа, точное значение может варьироваться от ±1% до ±20% от желаемого значения.

Керамические конденсаторы

Наиболее часто используемым и производимым конденсатором является керамический конденсатор. Название происходит от материала, из которого изготовлен их диэлектрик.

Керамические конденсаторы, как правило, как физически, так и по емкости малы .Трудно найти керамический конденсатор емкостью более 10 мкФ. Керамический колпачок для поверхностного монтажа обычно находится в крошечном корпусе 0402 (0,4 мм x 0,2 мм), 0603 (0,6 мм x 0,3 мм) или 0805. Керамические колпачки со сквозными отверстиями обычно выглядят как маленькие (обычно желтые или красные) лампочки с двумя выступающими выводами.

Две заглушки в сквозной радиальной упаковке; крышка 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине крошечная крышка 0,1 мкФ 0603 для поверхностного монтажа.

По сравнению с столь же популярными электролитическими конденсаторами керамические конденсаторы являются более близкими к идеальным конденсаторами (намного ниже ESR и токи утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей.Как правило, они также являются наименее дорогим вариантом. Эти конденсаторы хорошо подходят для высокочастотной связи и развязки.

Алюминий и тантал Электролитические

Электролиты хороши тем, что они могут упаковать много емкости в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор емкостью от 1 мкФ до 1 мФ, скорее всего, вы найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных приложений из-за их относительно высоких значений максимального напряжения.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

, самые популярные из электролитических конденсаторов, обычно выглядят как маленькие жестяные банки, оба вывода которых выходят снизу.

Ассортимент электролитических конденсаторов для сквозного и поверхностного монтажа. Обратите внимание, что у каждого есть способ маркировки катода (отрицательного вывода).

К сожалению, электролитические крышки обычно поляризованы . У них есть положительный контакт — анод — и отрицательный контакт, называемый катодом.Когда напряжение подается на электролитическую крышку, анод должен находиться под более высоким напряжением, чем катод. Катод электролитического конденсатора обычно обозначается маркировкой «-» и цветной полосой на корпусе. В качестве еще одного признака ножка анода может быть немного длиннее. Если к электролитической крышке приложить обратное напряжение, они эффектно выйдут из строя ( выскочит из и взорвется) и навсегда. После выскакивания электролита будет вести себя как короткое замыкание.

Эти колпачки также печально известны своей утечкой — позволяют небольшому количеству тока (порядка нА) проходить через диэлектрик от одного вывода к другому. Это делает электролитические конденсаторы далеко не идеальными для хранения энергии, что досадно, учитывая их высокую емкость и номинальное напряжение.

Суперконденсаторы

Если вы ищете конденсатор для хранения энергии, обратите внимание на суперконденсаторы. Эти конденсаторы имеют уникальную конструкцию, обеспечивающую очень высокую емкость в диапазоне фарад.

Суперконденсатор 1F (!) Высокая емкость, но рассчитана только на 2,5 В. Обратите внимание, что они также поляризованы.

Несмотря на то, что они могут накапливать огромное количество заряда, суперконденсаторы не могут работать с очень высокими напряжениями. Этот суперконденсатор 10F рассчитан только на максимальное напряжение 2,5 В. Что-то большее, чем это, уничтожит его. Суперконденсаторы обычно размещают последовательно для достижения более высокого номинального напряжения (при уменьшении общей емкости).

Основное применение суперконденсаторов в — хранение и высвобождение энергии , подобно батареям, которые являются их основным конкурентом.Хотя суперконденсаторы не могут удерживать столько же энергии, сколько батарея такого же размера, они могут высвобождать ее намного быстрее и обычно имеют гораздо более длительный срок службы.

Другие

Электролитические и керамические конденсаторы охватывают около 80% всех типов конденсаторов (а суперконденсаторы только около 2%, но они супер!). Другим распространенным типом конденсатора является пленочный конденсатор , который характеризуется очень низкими паразитными потерями (ESR), что делает его идеальным для работы с очень высокими токами.

Есть много других менее распространенных конденсаторов. Переменные конденсаторы могут создавать различные емкости, что делает их хорошей альтернативой переменным резисторам в схемах настройки. Скрученные провода или печатные платы могут создавать емкость (иногда нежелательную), поскольку каждый из них состоит из двух проводников, разделенных изолятором. Лейденские банки — стеклянная банка, наполненная и окруженная проводниками — это О.Г. из семейства конденсаторов. Наконец, конечно, конденсаторы потока (странная комбинация катушки индуктивности и конденсатора) имеют решающее значение, если вы когда-нибудь планируете вернуться в дни славы.


Конденсаторы последовательно/параллельно

Подобно резисторам, несколько конденсаторов можно соединять последовательно или параллельно для создания общей эквивалентной емкости. Конденсаторы, однако, складываются таким образом, что полностью противоположны резисторов.

Параллельные конденсаторы

Когда конденсаторы расположены параллельно друг другу, общая емкость равна сумме всех емкостей .Это аналогично суммированию резисторов при последовательном соединении.

Так, например, если у вас есть три конденсатора номиналами 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ, соединенные параллельно, общая емкость будет 11,1 мкФ (10+1+0,1).

Конденсаторы серии

Подобно тому, как резисторы сложно добавлять параллельно, конденсаторы становятся неприятными, когда их помещают в серию . Суммарная емкость N последовательно соединенных конденсаторов обратно пропорциональна сумме всех обратных емкостей.

Если у вас есть только два последовательно соединенных конденсатора , вы можете использовать метод «произведение над суммой» для расчета общей емкости:

Продолжая это уравнение, если у вас есть два одинаковых конденсатора, соединенных последовательно , общая емкость составляет половину их значения.Например, два суперконденсатора 10F, соединенные последовательно, будут давать общую емкость 5F (это также позволит удвоить номинальное напряжение общего конденсатора с 2,5 В до 5 В).


Примеры применения

Для этого изящного маленького (на самом деле они обычно довольно большого) пассивного компонента существует масса приложений. Чтобы дать вам представление об их широком спектре применения, вот несколько примеров:

Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы

Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно с интегральной схемой, являются развязывающими.Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотного шума в сигналах источника питания. Они устраняют крошечные пульсации напряжения, которые в противном случае могли бы быть вредными для чувствительных ИС, из источника питания.

В некотором смысле, развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для ИС (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если источник питания очень временно падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), развязывающий конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением.Вот почему эти конденсаторы также называют конденсаторами bypass ; они могут временно действовать как источник питания, минуя источник питания.

Развязывающие конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. д.) и землей. Нередко используются два или более конденсатора с разными номиналами, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что конденсаторы одних номиналов будут лучше других при фильтрации определенных частот шума.

На этой схеме три развязывающих конденсатора используются для уменьшения шума в источнике питания акселерометра.Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ с раздельной развязкой.

Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, через конденсатор на землю могут проходить только высокочастотные сигналы. Сигнал постоянного тока будет поступать на ИС, как и требуется. Еще одна причина, по которой они называются байпасными конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят микросхему, вместо этого проходя через конденсатор, чтобы попасть на землю.

При физическом размещении развязывающих конденсаторов их всегда следует размещать как можно ближе к ИС.Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Вот схема физической схемы из приведенной выше схемы. Крошечная черная микросхема окружена двумя конденсаторами емкостью 0,1 мкФ (коричневыми крышками) и одним электролитическим танталовым конденсатором емкостью 10 мкФ (высокая черно-серая прямоугольная крышка).

В соответствии с надлежащей инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой микросхеме. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ, или даже добавьте несколько конденсаторов 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается большим провалам или скачкам напряжения.

Фильтрация блока питания

Диодные выпрямители

можно использовать для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но диоды сами по себе не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! Если добавить параллельный конденсатор к мостовому выпрямителю, выпрямленный сигнал будет таким:

Может быть преобразован в сигнал постоянного тока ближнего уровня следующим образом:

Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут сопротивляться внезапным изменениям напряжения.Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее на конденсатор, начинает быстро падать, конденсатор получает доступ к своему банку накопленной энергии и очень медленно разряжается, подавая энергию на нагрузку. Конденсатор не должен полностью разряжаться до того, как входной выпрямленный сигнал снова начнет увеличиваться, перезаряжая конденсатор. Этот танец повторяется много раз в секунду, снова и снова, пока используется источник питания.

Цепь питания переменного тока в постоянный.Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

Если вы разберете любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете по крайней мере один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там какие-нибудь конденсаторы?

Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических, похожих на консервные банки, конденсатора емкостью от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — это высоковольтный 0.Крышка из полипропиленовой пленки 1 мкФ. Синяя крышка в форме диска и маленькая зеленая посередине — керамические.

Хранение и поставка энергии

Кажется очевидным, что если конденсатор накапливает энергию, то одним из многих его применений будет подача этой энергии в цепь, точно так же, как батарея. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут упаковать столько же энергии, сколько химические батареи того же размера (но этот разрыв сокращается!).

Преимущество конденсаторов в том, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их более экологичным выбором. Они также способны отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, что делает их подходящими для приложений, требующих короткого, но мощного всплеска мощности. Вспышка камеры могла получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от батареи).

Аккумулятор или конденсатор?
батарея Конденсатор
Вместимость
Плотность энергии
заряда / разряда Частота
Продолжительность жизни

Фильтрация сигналов

Конденсаторы обладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты.Они могут блокировать низкочастотные или постоянные компоненты сигнала, пропуская при этом более высокие частоты. Они как вышибала в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

Фильтрация сигналов может быть полезна во всех приложениях обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для подавления нежелательных частот.

Другим примером конденсаторной фильтрации сигнала являются пассивные кроссоверные схемы внутри динамиков, которые разделяют один звуковой сигнал на несколько.Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут попасть на твитер динамика. В низкочастотной цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

Очень простой пример схемы аудиокроссовера. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них можно использовать для подачи надлежащего сигнала на настроенные аудиодрайверы.

Снижение номинальных характеристик

При работе с конденсаторами важно проектировать схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не снижаете номинал своих конденсаторов и превышаете их максимальное напряжение. Подробнее о его экспериментах можно прочитать здесь.


Покупка конденсаторов

Храните на этих маленьких компонентах для хранения энергии или заставьте их работать в качестве начального блока питания.

Наши рекомендации:

Комплект конденсаторов SparkFun

В наличии КОМПЛЕКТ-13698

Это набор, который предоставляет вам базовый ассортимент конденсаторов, чтобы начать или продолжить работу с электроникой. Нет мо…

10

Суперконденсатор — 10F/2.5В

В наличии COM-00746

Да, вы правильно прочитали — конденсатор на 10 фарад. Эту маленькую шапочку можно заряжать, а затем медленно разряжать…

3

Конденсатор керамический 0.1 мкФ

В наличии COM-08375

Это очень распространенный конденсатор 0,1 мкФ. Используется во всех видах приложений для развязки ИС от источников питания. Шаг 0,1 дюйма…

1

Ресурсы и дальнейшее продвижение

Фу.Почувствуйте себя экспертом по конденсаторам?! Хотите узнать больше об основах электроники? Если вы еще этого не сделали, почитайте о некоторых других распространенных электронных компонентах:

.

Или, может быть, некоторые из этих руководств привлекут ваше внимание?


конденсаторов: все, что вам нужно знать | ОРЕЛ

Нет, речь не о Grand Theft Auto! Открывать крышку в мире электроники нехорошо, если только вам не нравится смотреть, как ваш электролитический конденсатор сгорает в огне.Конденсаторы играют важную роль в семействе пассивных электронных компонентов, и их можно использовать повсеместно.

Помните вспышку в своем цифровом фотоаппарате? Конденсаторы делают это возможным. Или возможность изменить канал на вашем телевизоре? Снова конденсаторы. Эти ребята — маленькие батарейки, которые «могут», и вам нужно знать о них все, что известно, прежде чем вы начнете работать над своим первым проектом в области электроники.

Это как бутерброд с мороженым

Проще говоря, конденсатор накапливает электрический заряд , как батарея.Эти конденсаторы, также называемые конденсаторами , можно найти в приложениях, требующих накопления энергии, подавления напряжения и даже фильтрации сигналов. И как они выглядят? Ну, бутерброд с мороженым!

Что бы вы сделали с баром КлондайкⓇ? Сравните его с конденсатором, конечно! (Источник изображения)

Подумайте о том восхитительном бутерброде с мороженым, которым вы наслаждались в тот знойный летний день. У вас есть вкусная корочка с двух сторон, а кремовая плитка ванильного мороженого находится посередине.Эта композиция из двух внешних слоев и одного внутреннего слоя и есть то, как выглядит конденсатор. Вот из чего они сделаны:

 

  • Запуск снаружи. В верхней и нижней части конденсатора вы найдете набор металлических пластин, также называемых проводниками. Электрический заряд находит эти металлические пластины очень привлекательными.
  • Сидя посередине. Среди этих двух металлических пластин вы найдете изолятор или материал, к которому не притягивается электричество.Этот изолятор обычно называют диэлектриком, и он может быть изготовлен из бумаги, стекла, резины, пластика и т. д.
  • Соединение вместе. Две металлические пластины сверху и снизу крышки соединены двумя электрическими клеммами, которые соединяют ее с остальной частью цепи. Один конец конденсатора подключается к питанию, а другой течет к земле.

Внутреннее устройство конденсатора, у нас есть две металлические пластины, внутренняя диэлектрическая и соединительные клеммы.

Конденсаторы всех форм и размеров

Конденсаторы

бывают разных форм и размеров, каждый из которых определяет, насколько хорошо они могут удерживать заряд. Три наиболее распространенных типа конденсаторов, с которыми вы столкнетесь, включают керамический конденсатор, электролитический конденсатор и суперконденсатор:

.

Керамические конденсаторы

Это конденсаторы, с которыми вы, вероятно, будете работать в своем первом проекте электроники с использованием макетной платы. В отличие от своих электролитических аналогов, керамические конденсаторы держат меньший заряд, но и пропускают меньше тока.Они также оказались самыми дешевыми конденсаторами из всех, так что запасайтесь! Вы можете быстро идентифицировать сквозной керамический конденсатор, глядя на маленькие желтые или красные лампочки с двумя торчащими выводами.

Три типа керамических конденсаторов, которые вы будете использовать на макетных платах. (Источник изображения)

Электролитические конденсаторы

Эти ребята выглядят как маленькие жестяные банки, которые вы найдете на печатной плате, и могут удерживать огромный электрический заряд в своей крошечной площади.Это также единственный тип поляризованных конденсаторов, а это означает, что они будут работать только при определенной ориентации. На этих электролитических конденсаторах есть положительный контакт, называемый анодом, и отрицательный контакт, называемый катодом. Анод всегда должен быть подключен к более высокому напряжению. Если вы подключите его наоборот, с катодом, получающим более высокое напряжение, то приготовьтесь к взрыву колпачка!

Электролитический конденсатор, обратите внимание на положительный и более длинный контакт (анод) и более короткий отрицательный контакт (катод).(Источник изображения)

Несмотря на способность удерживать большое количество электрического заряда, электролитические конденсаторы также хорошо известны тем, что они пропускают ток быстрее, чем керамические конденсаторы. Из-за этого они не лучший выбор, когда вам нужно сохранить энергию.

Суперконденсаторы

Supercaps — супергерои семейства конденсаторов, способные хранить большое количество энергии! К сожалению, суперконденсаторы не очень хорошо справляются с избыточным напряжением, и вы окажетесь без конденсатора, если превысите максимальное напряжение, указанное в техническом описании.ПОП!

В отличие от электролитических конденсаторов, вы обнаружите, что суперконденсаторы используются для хранения и разрядки энергии, как батарея. Но, в отличие от батареи, суперконденсаторы высвобождают весь свой заряд сразу, и вы никогда не получите от них срок службы, который вы бы получили от обычной батареи.

Посмотрите на этот мускулистый суперкап ! Он имеет огромную емкость 3000F. (Источник изображения)

Символы конденсаторов

Определить конденсатор на вашей первой схеме очень просто, так как они бывают только двух типов: стандартные и поляризованные.Посмотрите на символ стандартного конденсатора ниже. Вы заметите, что это всего лишь две простые строки с пробелом между ними. Это две металлические пластины, которые вы найдете сверху и снизу физического конденсатора.

Поляризованный конденсатор выглядит немного по-другому и имеет дугообразную линию в нижней части, а также положительную клемму в верхней части. Эта положительная клемма очень важна и указывает, как должен быть подключен этот поляризованный конденсатор. Положительная сторона всегда подключается к источнику питания, а сторона дуги подключается к земле.

Два наиболее распространенных типа конденсаторов, которые вы можете увидеть на схемах для США: стандартный и поляризованный.

Кто изобрел эти вещи?

Хотя многие считают английского химика Майкла Фарадея пионером современного конденсатора, он не был первым, кто его изобрел. То, что сделал Фарадей, было важно — он продемонстрировал первые практические образцы конденсатора и способы его использования для накопления электрического заряда в своих экспериментах. И благодаря Фарадею у нас также есть способ измерить заряд, который может удерживать конденсатор, известный как емкость и измеряемый в фарадах!

Блестящий английский химик Майкл Фарадей, пионер конденсаторов, которые мы используем сегодня.(Источник изображения)

До Майкла Фарадея некоторые записи указывают на то, что покойный, покойный немецкий ученый Эвальд Георг фон Клейст изобрел первый конденсатор в 1745 году. Несколько месяцев спустя голландский профессор по имени Питер ван Мусшенбрук придумал аналогичный конструкции, ныне известной как Лейденская банка. Странное время, верно? Однако все это было просто совпадением, и оба ученых получили равные заслуги в своих первоначальных изобретениях конденсатора.

Самый ранний образец конденсатора, лейденская банка.(Источник изображения)

Знаменитый Benjamin Franklin позже усовершенствовал дизайн лейденской банки, созданный Musschenbroek. Франклин также смог обнаружить, что использование плоского куска стекла было отличной альтернативой использованию целой банки. Так родился первый плоский конденсатор, получивший название «Площадь Франклина».

Кепки в действии — как они работают

Давайте подробно рассмотрим, как работают эти мощные конденсаторы, на практическом примере. Вы уже пользовались цифровой камерой, верно? Тогда вы знаете, что есть несколько коротких моментов между тем, когда вы нажимаете кнопку, чтобы сделать снимок, и тем, когда выключается вспышка.

Что здесь происходит? К вспышке прикреплен конденсатор, который заряжается после того, как вы нажмете кнопку, чтобы сделать снимок. Как только этот конденсатор полностью заряжается от батареи камеры, вся эта энергия вырывается наружу ослепляющей вспышкой света!

Зацени, конденсатор, который делает возможной вспышку в этой камере. (Источник изображения)

Так как же все это произошло? Вот взгляд изнутри на таинственный мир конденсатора:

  1. Запускается с зарядки. Электрический ток от источника питания сначала протекает в конденсатор и застревает на первой пластине. Почему он застревает? Потому что есть изолятор, который не пропускает отрицательно заряженную электронику.
  2. Накопление зарядов. По мере того, как все больше и больше электронов прилипают к этой первой пластине, она становится отрицательно заряженной и в конечном итоге отталкивает все лишние электроны, с которыми не может справиться, на другую пластину. Затем эта вторая пластина становится положительно заряженной.
  3. Заряд сохранен. Пока две пластины конденсатора продолжают заряжаться, отрицательные и положительные электроны отчаянно пытаются соединиться, но этот надоедливый изолятор посередине не позволяет им, создавая электрическое поле. Вот почему колпачок продолжает удерживать и накапливать заряд, потому что существует бесконечный источник напряжения между отрицательной и положительной сторонами двух пластин, которые не разрешены.
  4. Заряд высвобождается. Рано или поздно две пластины в нашем конденсаторе не смогут удерживать заряд, так как они заполнены.Но что происходит сейчас? Если в вашей цепи есть путь для протекания электрического заряда куда-то еще, тогда все электроны в вашей шапочке разрядятся, , наконец, прекратят свое напряжение, поскольку они будут искать другой путь друг к другу.

Измерение этого заряда

Как можно измерить, сколько заряда хранится в конденсаторе? Каждый колпачок рассчитан на определенную емкость. Измеряется в фарадах в честь английского химика Майкла Фарадея. Поскольку один фарад удерживает тонну электрического заряда, вы обычно видите конденсаторы, измеряемые в пикофарадах или микрофарадах.Вот полезная диаграмма, которая показывает, как разбиваются эти измерения:

Имя Сокращение Фарады
Пикофарад пФ 0,000000000001 Ф
Нанофарад нФ 0,000000001 Ф
Микрофарад мкФ 0,000001 Ф
Милифарад мФ 0.001 Ф
Килофарад кФ 1000 Ф

Теперь, чтобы вычислить, сколько заряда в данный момент хранит конденсатор, вам понадобится следующее уравнение:

В этом уравнении общий заряд представлен как (Ом) , и отношение этого заряда можно найти, умножив емкость конденсатора ( C ) на приложенное к нему напряжение ( В ). Здесь следует отметить одну вещь: емкость конденсатора напрямую связана с его напряжением.Таким образом, чем больше вы увеличиваете или уменьшаете источник напряжения в цепи, тем больше или меньше заряда будет иметь ваш конденсатор.

Емкость в параллельных и последовательных цепях

При параллельном соединении конденсаторов в цепи можно найти общую емкость путем суммирования всех отдельных емкостей.

Получить общую емкость в параллельной цепи так же просто, как 1+1, просто сложите их все вместе! (Источник изображения)

При последовательном соединении конденсаторов общая емкость вашей цепи является обратной суммой всех ваших емкостей.Вот краткий пример: если у вас есть два конденсатора по 10 Ф, соединенных последовательно, то их общая емкость составит 5 Ф.

Получить общую емкость в последовательной цепи немного сложнее. Емкость уменьшается вдвое. (Источник изображения)

Заставить колпачки работать

Теперь, когда у нас есть четкое представление о том, что такое конденсаторы, как они работают и как их измеряют, давайте рассмотрим три распространенных приложения, в которых используются конденсаторы. Сюда входят такие приложения, как развязывающие конденсаторы, накопители энергии и емкостные сенсорные датчики.

Развязывающий конденсатор

В наши дни вам будет трудно найти схему, которая не включает интегральную схему или ИС. В этих типах схем конденсаторы выполняют важную работу, удаляя все высокочастотные шумы, присутствующие в сигналах источника питания, которые питают ИС.

Почему это необходимая работа для нашего конденсатора? Любое колебание напряжения может быть фатальным для микросхемы и даже привести к неожиданному отключению питания микросхемы. Размещая конденсаторы между ИС и источником питания, они гасят колебания напряжения, а также действуют как второй источник питания, если первичный источник питания падает достаточно, чтобы отключить ИС.

Развязывающий конденсатор для контроля колебаний напряжения.

Аккумулятор энергии

Конденсаторы имеют много общих характеристик с батареями, включая их способность накапливать энергию. Однако, в отличие от батареи, конденсаторы не могут удерживать такую ​​же мощность. Но хотя они не могут угнаться за количеством, они компенсируют это своим энтузиазмом, чтобы разрядиться как можно быстрее! Конденсаторы могут отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, что делает их идеальными для питания вспышки в камере, настройки радиостанции или переключения каналов на телевизоре.

Емкостные датчики касания

Одно из последних достижений в области применения конденсаторов связано с бурным развитием технологий сенсорных экранов. Стеклянные экраны, из которых состоят эти сенсорные датчики, имеют очень тонкое прозрачное металлическое покрытие. Когда ваш палец касается экрана, это создает падение напряжения, определяя точное местоположение вашего пальца!

Емкостные датчики прикосновения в действии с защитной накладкой и печатной платой. (Источник изображения)

Практичность — выбор конденсатора

Давайте перейдем к сфере практичности и поговорим о том, на что следует обратить внимание при выборе следующего конденсатора.Необходимо учитывать пять переменных, в том числе:

  • Размер. Сюда входят как физический размер вашего конденсатора, так и его общая емкость. Не удивляйтесь, если выбранный вами конденсатор является самой большой частью вашей печатной платы, так как чем больше емкость вам нужна, тем больше они получаются.
  • Допуск — Как и их аналоги резисторов, конденсаторы также имеют переменный допуск. Вы найдете допуск для конденсаторов в диапазоне от ± 1% до ± 20% от его рекламируемого значения.
  • Максимальное напряжение — Каждый конденсатор имеет максимальное напряжение, которое он может выдержать. Иначе он взорвется! Вы найдете максимальное напряжение от 1,5 В до 100 В.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — Как и любой другой физический материал, выводы конденсатора имеют очень небольшое сопротивление. Это может стать проблемой, если вам нужно помнить о тепле и потерях мощности.
  • Ток утечки — В отличие от наших батарей, конденсаторы будут пропускать накопленный заряд.И хотя он разряжается медленно, вы должны обратить внимание на то, насколько сильно протекает ваш конденсатор, если его основная функция заключается в хранении энергии.

Все заряжено

Вот и все, что вам нужно знать о конденсаторах, чтобы полностью зарядиться для вашего следующего проекта в области электроники! Конденсаторы — это очаровательная небольшая группа, способная накапливать электрический заряд для различных приложений, и они могут даже выступать в качестве вторичного источника питания для этих чувствительных интегральных схем.При работе с конденсаторами помните о максимально возможном напряжении. В противном случае вы получите несколько взрывающихся крышек, как вы увидите на видео:

.

 

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE бесплатно включает множество библиотек конденсаторов? Начните свой следующий проект в области электроники и избавьтесь от хлопот по созданию собственных деталей! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня.

Как заменить конденсатор в потолочном вентиляторе? 3 пути

Как установить и подключить конденсатор в потолочном вентиляторе?

Если вы когда-либо сталкивались с проблемой потолочного вентилятора, такой как жужжание, низкая скорость, вентилятор не работает или комплект освещения вентилятора работает, но вентилятор останавливается даже при правильном питании, то вы находитесь на правильном форуме в качестве одного из наиболее частая причина — неисправный или перегоревший конденсатор вместо неисправных внутренних обмоток, отказ блока питания или заедание подшипников.Вы можете проверить и протестировать конденсатор 6 способами, если он неисправен или исправен.

Проще говоря, в потолочном вентиляторе есть однофазный (асинхронный с расщепленной фазой) двигатель, где нам нужен пусковой конденсатор, чтобы разделить фазовый угол между пусковой и рабочей обмотками для создания магнитного поля. Конденсатор просто делает это, так как он обеспечивает опережающий фазовый сдвиг на 90 ° (поскольку некоторый ток течет через стартерную обмотку). Таким образом, напряжения на пусковой и рабочей обмотках имеют разность фаз, что обеспечивает вращающееся магнитное поле, приводящее к вращению ротора двигателя.

Как упоминалось выше и показано на рисунке ниже, в двигателе потолочного вентилятора есть две обмотки, известные как основная обмотка (рабочая) и вспомогательная (пусковая) обмотка. Нам нужно последовательно подключить конденсатор к пусковой обмотке (вспомогательной). Нейтраль должна быть соединена с нейтралью. Не забудьте подключить заземляющий провод к соответствующему заземлению и заземлению.

Примечание: Цвета проводки в этом руководстве приведены только для иллюстрации и разъяснения, т.е.е. эти цвета, используемые в этом руководстве, предназначены только для справки и не обязательно отражают региональные различия. См. примечания внизу для цветовых кодов проводки США и ЕС (NEC и IEC). Кроме того, некоторые производители могут использовать разные цвета проводов, таким образом следуйте региональной цветовой кодировке или ознакомьтесь с руководством пользователя для получения четкого объяснения. Если вы все еще не уверены, обратитесь к лицензированному электрику для правильной установки.

Заявление об отказе от ответственности: Эти схемы предназначены только для справки. Риск использования данного руководства лежит на установщике.We Electrical Technology и автор этого руководства не несут ответственности за травмы, убытки или ущерб, возникшие в результате использования этого руководства. Для правильной установки вы можете обратиться к лицензированному электрику. Внимательно прочитайте меры предосторожности в конце этого руководства.

Теперь, если у нас есть неисправный конденсатор, мы можем заменить его тремя различными способами, как показано ниже.

  • Замена неисправного конденсатора в потолочном вентиляторе.
  • Подключение пускового конденсатора к потолочному вентилятору.
  • Подключение конденсатора 3-в-1 с потолочным вентилятором, переключателем реверса и цепочкой.

Запись по теме: Как определить размер и количество потолочных вентиляторов в комнате?

Замена неисправного конденсатора в потолочном вентиляторе

Предположим, что простой вентилятор без комплекта освещения необходимо заменить новым рабочим конденсатором того же номинала, следуйте приведенным ниже инструкциям:

  • Прежде всего, выключите главный автоматический выключатель в домашнем распределительном щите, чтобы отключить электропитание.
  • Теперь удалите неисправный конденсатор, перерезав провода, подключенные к неисправному конденсатору.
  • Замените новый конденсатор, подключив красный (под напряжением) провод (от потолочного вентилятора) к первому выводу конденсатора, а синий провод — ко второму выводу конденсатора.
  • Соедините красный и синий провода, наденьте гайку для провода и электрический кран и вставьте его в разъем провода, как показано на рис. ниже.
  • Подключить черный (нейтральный) от потолочного вентилятора ко второму гнезду разъема проводов.
  • Теперь подключите фазу и нейтраль к источнику питания. Включите главный выключатель, чтобы проверить потолочный вентилятор.

Полезно знать: Не подключайте конденсатор к нейтральному проводу, т.е. подключайте конденсатор только к красному и черному проводу (или к синему и черному, что зависит от производителя и руководства пользователя), в противном случае, вместо направления против часовой стрелки, вентилятор начнет вращаться в обратном направлении, т.е. в обратном направлении (по часовой стрелке).

 

Связанный пост:

Подключение пускового конденсатора потолочного вентилятора

Если у вас возникла проблема с пусковым конденсатором потолочного вентилятора, выполните следующие действия, чтобы установить и подключить новый конденсатор.

  • Отключить основной источник питания, отключив автоматический выключатель в DB.
  • Удалите перегоревший/вышедший из строя конденсатор из вентилятора, перерезав соответствующие провода.
  • Подсоедините красный провод к первой клемме нового конденсатора, а вторую клемму соедините с синим проводом с помощью гайки (не забудьте также использовать электрический кран) и подключите к первому гнезду разъема провода, как показано на рис. инжир.
  • Теперь последовательно подключите красный (под напряжением) провод от разъема к регулятору скорости вращения вентилятора или выключателю диммера вентилятора и SPST (однополюсный проходной или односторонний переключатель).
  • Подсоедините провод заземления и нейтраль от вентилятора к проводам заземления и нейтрали от главного распределительного щита.
  • Включите главный выключатель, чтобы проверить правильность работы вентилятора.

 

Похожие сообщения:

Подключение устройства «3 в 1» Потолочный вентилятор Конденсатор с реверсивным переключателем и тяговой цепью

Этот метод немного сложен из-за разных проводов в конденсаторе 3-в-1, и необходимо следовать цветовым кодам проводки, используемым на электрической схеме (цветовые коды проводов NEC и IEC приведены ниже).Чтобы заменить и заменить конденсатор «три в одном» с потолочным вентилятором со встроенным комплектом освещения и реверсивным переключателем, следуйте приведенным ниже инструкциям.

  • В первую очередь, выключатель главного выключателя в бытовом блоке питания, чтобы отключить основное питание.
  • Подсоедините зелено-желтый провод заземления к системе заземления дома
  • Теперь удалите ранее установленный конденсатор в потолочном вентиляторе, перерезав красный и серый провода.
  • Сделайте то же самое для цепного выключателя i.е. отсоедините провода (серый, коричневый, фиолетовый и черный) от конденсатора к выключателю тяговой цепи и выключателю реверса потолочного вентилятора.
  • Теперь подключите новый конденсатор 3-в-1, соединив серый провод с гнездом 1 в цепном переключателе, а второй серый провод от конденсатора к средней клемме переключателя реверса.
  • Подсоедините коричневый и фиолетовый провода к гнезду 2 и гнезду 3 соответственно в цепном переключателе.
  • Подсоедините оранжевый и розовый провода от вентилятора к гнезду переключателя реверса 1 и 3, как показано на рис.
  • Подключите белый провод как нейтральный от основной платы к вентилятору, среднему слоту переключателя реверса и комплекту освещения.
  • Подсоедините черный провод под напряжением (фазный или линейный) к разъему L цепного выключателя. Дополнительное присоединение через гайку к синему проводу от вентилятора к комплекту встроенной подсветки, как показано на рис.
  • Теперь включите главный распределительный щит, чтобы проверить потолочный вентилятор с помощью переключателя реверса (который используется для изменения направления вращения вентилятора), цепного переключателя для различных скоростей и управления ВКЛ/ВЫКЛ.

Сообщение по теме: Как управлять одной лампой из двух или трех мест?

Цветовые коды проводки NEC и IEC:

Мы использовали Red для Live или Phase , Black для Neutral и Green / Yellow для провода заземления. Вы можете использовать коды конкретных регионов, например I EC — Международная электротехническая комиссия (Великобритания, ЕС и т. д.) или NEC (Национальный электротехнический кодекс  [США и Канада], где;

НЭК:

Одна фаза 120 В переменного тока:

  • Черный  =  Фаза  или  Линия
  • Белый  =  Нейтральный
  • Зеленый / Желтый  =  Заземляющий проводник

МЭК:

Одна фаза 230 В переменного тока:

  • Коричневый = Фаза или Линия
  • Синий = Нейтральный
  • Зеленый  =  Заземляющий проводник

Запись по теме: Как подключить автоматический и ручной переключатель/автомат (1 и 3 фазы)

Общие меры предосторожности
  • Электричество — наш враг, если вы дадите ему шанс убить вас, помните, они никогда его не упустят.Пожалуйста, ознакомьтесь со всеми предостережениями и инструкциями, выполняя этот урок на практике.
  • Отключите источник питания перед обслуживанием, ремонтом или установкой электрооборудования.
  • Используйте кабель соответствующего размера с помощью этого простого метода расчета (Как определить подходящий размер кабеля для установки электропроводки)
  • Никогда не пытайтесь работать с электричеством без надлежащего руководства и осторожности.
  • Работать с электричеством только в присутствии лиц, имеющих хорошие знания и практическую работу и опыт, умеющих обращаться с электричеством.
  • Прочтите все инструкции и предупреждения и строго следуйте им.
  • Самостоятельно выполнять электромонтажные работы не только опасно, но и незаконно в некоторых регионах. Обратитесь к лицензированному электрику или в энергоснабжающую компанию, прежде чем вносить какие-либо изменения в подключение электропроводки.
  • Автор не несет ответственности за какие-либо убытки, травмы или ущерб в результате отображения или использования этой информации или в случае попытки использования какой-либо схемы в неправильном формате. Так пожалуйста! Будьте осторожны, потому что все дело в электричестве, а электричество слишком опасно.

В приведенном выше руководстве по замене конденсатора потолочного вентилятора мы показали три метода замены и замены неисправного конденсатора потолочного вентилятора и добавим больше руководств по подключению в будущем. Если вы знаете конкретный способ сделать это, сообщите нам об этом в поле для комментариев ниже.

Похожие сообщения:

Подключение конденсатора

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ:  Rivergate Distribution предоставляет это информация как услуга, чтобы помочь нашим клиентам. Эта информация основана о фактическом использовании, как говорят наши клиенты.Но мы не несем ответственности ни за какие ошибки или упущения, содержащиеся в этой информации. Мы стремимся обеспечить эта информация является точной, но мы не несем ответственности за ее использование. Ниже приведены эти предложения.

Чтобы получить максимальную производительность, вам нужно подключить конденсатор как следует. При отключенном блоке питания и отключении от настенной сети переменного тока выполните следующие действия. следующее: Используя кратчайшее возможное соединение, подключите положительная + плюсовая сторона источника питания к положительной + стороне конденсатор.(Черный провод на фото) Затем подключите отрицательная сторона — знак минус, если маркировка на конденсаторе к минусовое соединение на блоке питания. (Белый провод на фото выше). Используйте одножильный провод калибра не менее 12 для этого соединения. Рекомендуется, особенно для перетаскивания гусениц, использовать два 4-го калибра. провода под трассу на всю ее длину. Провода 4 калибра должен быть подключен каждые 3 фута или около того, по одному проводу на каждую сторону проводник. Это увеличит текущую емкость и поможет защитить трассу.Обратите внимание, что это только предложения, основанные на вклад многих клиентов, которые владеют / управляют этими типами путей и Rivergate Distributing никоим образом не берет на себя ответственность за ваши действия в отношении этих соединений.

Проверьте свои конденсаторы

Также рекомендуется «проверить» конденсаторы, подключив их к источнику питания без другой нагрузки и дайте ему поработать в течение дня чтобы убедиться, что конденсаторы, которые вы купили, имеют достаточно высокое качество выдерживать напряжение, которое выдает блок питания слота. У нескольких клиентов конденсаторы взорвались всего за несколько часов. указывает на низкое качество конденсаторов. Снова убедитесь, что вы используете конденсаторы на напряжение не менее 20 вольт. Клиенты скажите нам, что рейтинг 24 вольта является лучшим выбором.

Установка автомобильного аудиоконденсатора

 

 

Часто возникает путаница при подключении конденсатора автомобильной аудиосистемы. (он же силовой конденсатор или конденсатор Stiffening™).Есть два терминала на автомобильном аудио конденсаторе. Положительный и отрицательный. Отрицательный терминал соединен с землей. Положительная клемма подключена «в линию» с клеммой +12 вольт усилителя автомобильной аудиосистемы. См. диаграмму ниже. ПРИМЕЧАНИЕ. Если у вас есть третий терминал меньшего размера, возможно, он предназначен для дистанционного включения цифрового дисплея.

 

 

Обратите внимание, что обе клеммы не подключаются к проводу питания +12 В.Это приведет к отключению питания вашего усилителя. Силовой конденсатор действует как небольшая батарея (аккумулятор энергии), поэтому он подключен, как показано на схеме. Недостатком этого типа подключения является то, что вы не знаете, выйдет ли из строя силовой конденсатор, поскольку усилитель будет продолжать работать с рабочим силовым конденсатором или без него.

 

В идеале силовой конденсатор должен быть как можно ближе к усилителю. В пределах пары футов приемлемо.Это сводит к минимуму любые потери в кабеле. Чтобы узнать больше о том, как работают автомобильные аудио конденсаторы, нажмите здесь.

Вот как соединить два конденсатора в системе. На схеме клеммы заземления обоих конденсаторов соединены вместе, но вы также можете заземлить их независимо друг от друга. Вы даже можете изготовить или купить «шины», которые представляют собой цельные куски металла, соединяющие конденсаторы как физически, так и электрически. Эти «шины», как правило, представляют собой голый металл, поэтому они могут быть опасны, если не установлены должным образом.Будьте осторожны, если выберете этот маршрут.

 

 

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Магазин силовых конденсаторов большое количество энергии и они очень быстро заряжаются. Вы должны сначала «зарядить» силовой конденсатор перед подключением напрямую на +12 вольт. Это делается с помощью резистора и вольтметр. Точное значение резистора не критично, но я бы держите его в диапазоне 500-1 кОм. Это увеличит время зарядки, и вы можете использовать значения 1/10 от того, что предпочитаете (50-100 Ом).Я бы порекомендовал взять резистор на 1 Вт. если возможно (ваш конденсатор может поставляться с резистором для зарядки). Резистор меньшей мощности нагревается слишком быстро. Также не держите резистор голой рукой. Ток, протекающий через резистор приведет к нагреву резистора, и вы можете обжечься. Хорошее место Резистор поставить в держатель предохранителя основного провода питания (тот, что установлен рядом с аккумулятором). Просто замените резистор для предохранителя.Схема установки заряда конденсатора показано ниже. Вам нужно будет поместить вольтметр на конденсатор. для контроля напряжения. Как только вольтметр покажет 12 вольт (или близко к этому), вы можете удалить вольтметр и заменить резистор силовым предохранителем. В качестве альтернативы вы можете измерить напряжение на зарядном резисторе. Он должен начинаться с 12 вольт и медленно опускаться до 0 вольт. Когда напряжение перестанет меняться, вы полностью зарядите конденсатор.

 

Другой метод зарядки заключается в использовании контрольной лампы старого образца вместо резистора. Соединение аналогично (зажим типа «крокодил» с одной стороны, щуп с другой), но вам не нужен вольтметр для контроля напряжения. Когда лампочка гаснет, конденсатор заряжается (поскольку напряжение на лампочке изменилось с 12 вольт до 0 вольт).

 

 


DVD-каталог Car Audio Help включает пять различных видеороликов, охватывающих многие области установки автомобильной аудиосистемы и индивидуального изготовления.Темы варьируются от базовой установки системы (головные устройства, усилители, динамики и т. д.) и мобильной безопасности (автосигнализация и дистанционный запуск) до проектирования корпуса сабвуфера и изготовления стеклопластика. Если вы заинтересованы в изготовлении на заказ и установке автомобильной аудиосистемы, обязательно ознакомьтесь с тем, что мы можем предложить.

Нажмите здесь, чтобы увидеть пакеты DVD со скидкой


 

Следующий Страница —> Руководство по установке автосигнализации

 

Вперед, подключите катушку индуктивности и конденсатор и посмотрите, что произойдет

Что произойдет, если в цепь включить катушку индуктивности и конденсатор? Что-то крутое — и действительно важное.

Что такое индуктор?

Вы можете сделать все виды катушек индуктивности, но наиболее распространенным типом является цилиндрическая катушка из проволоки — соленоид.

Когда ток проходит через первую петлю, он создает магнитное поле, которое проходит через другие петли. Магнитные поля на самом деле ничего не делают, если не меняется величина. Изменяющееся магнитное поле создаст электрическое поле в других контурах. Направление этого электрического поля будет изменять электрический потенциал, который действует как батарея.

В итоге у нас есть устройство, которое имеет разность потенциалов, пропорциональную скорости изменения тока во времени (поскольку ток создает магнитное поле). Это можно записать как:

В этом уравнении следует отметить две вещи. Во-первых, L — это индуктивность. Это зависит только от геометрии соленоида (или любой другой формы), и его значение измеряется в Генри. Во-вторых, отрицательный знак. Это означает, что изменение потенциала на катушке индуктивности противодействует изменению тока.

Как катушка индуктивности ведет себя в цепи? Если у вас есть постоянный ток, то нет изменений (постоянный ток) и, следовательно, нет разности потенциалов на индукторе — он действует так, как будто его даже нет. Если есть ток высокой частоты (цепь переменного тока), то на катушке индуктивности будет большая разность потенциалов.

Что такое конденсатор?

Опять же, существует множество различных конфигураций конденсатора. В простейшей форме используются две параллельные проводящие пластины с электрическим зарядом на каждой пластине (но суммарный заряд равен нулю).

Электрический заряд на этих пластинах создает электрическое поле внутри конденсатора. Поскольку существует электрическое поле, должно также происходить изменение электрического потенциала на пластинах. Величина этой разности потенциалов зависит от величины заряда. Разность потенциалов на конденсаторе можно записать как:

Здесь C — значение емкости в фарадах, оно также зависит только от физической конфигурации устройства.

Если через конденсатор проходит ток, величина заряда на пластинах изменится. Если есть постоянный (или низкочастотный) ток, этот ток будет продолжать добавлять заряд к пластинам для увеличения электрического потенциала, так что со временем этот потенциал в конечном итоге будет действовать как разомкнутая цепь с напряжением конденсатора, равным напряжению батареи ( или блок питания). Если у вас есть высокочастотный ток, заряд будет как добавляться, так и сниматься с пластин конденсатора без накопления заряда, и конденсатор будет вести себя так, как будто его даже нет.

Что произойдет, если соединить конденсатор и катушку индуктивности?

Предположим, мы начинаем с заряженного конденсатора и подключаем его к катушке индуктивности (в цепи нет сопротивления, потому что я использую идеальные физические провода). Подумайте о том мгновении, когда эти двое связаны. Предположим, есть переключатель, тогда я могу нарисовать следующие схемы.

8.3: Конденсаторы последовательно и параллельно

Несколько конденсаторов могут быть соединены вместе для использования в различных приложениях.Несколько соединений конденсаторов ведут себя как один эквивалентный конденсатор. Общая емкость этого эквивалентного одиночного конденсатора зависит как от отдельных конденсаторов, так и от того, как они соединены. Конденсаторы могут быть расположены в двух простых и распространенных типах соединений, известных как , серия и , параллельная , для которых мы можем легко рассчитать общую емкость. Эти две основные комбинации, последовательная и параллельная, также могут использоваться как часть более сложных соединений.

Серийная комбинация конденсаторов

На рисунке \(\PageIndex{1}\) показано последовательное соединение трех конденсаторов, расположенных в ряд в цепи.Как и для любого конденсатора, емкость комбинации связана как с зарядом, так и с напряжением:

\[ C=\dfrac{Q}{V}.\]

При подключении этой последовательной комбинации к батарее с напряжением В каждый из конденсаторов приобретает одинаковый заряд Q . Чтобы объяснить, сначала обратите внимание, что заряд на пластине, подключенной к положительной клемме батареи, равен \(+Q\), а заряд на пластине, подключенной к отрицательной клемме, равен \(-Q\). Затем заряды индуцируются на других пластинах, так что сумма зарядов на всех пластинах и сумма зарядов на любой паре пластин конденсатора равна нулю.Однако падение потенциала \(V_1 = Q/C_1\) на одном конденсаторе может отличаться от падения потенциала \(V_2 = Q/C_2\) на другом конденсаторе, поскольку, как правило, конденсаторы могут иметь разные емкости. Последовательное соединение двух или трех конденсаторов напоминает один конденсатор с меньшей емкостью. Как правило, любое количество конденсаторов, соединенных последовательно, эквивалентно одному конденсатору, емкость которого (называемая эквивалентной емкостью ) меньше, чем наименьшая из емкостей в последовательной комбинации.Заряд этого эквивалентного конденсатора такой же, как и заряд любого конденсатора в последовательном соединении: То есть все конденсаторы последовательного соединения имеют одинаковый заряд . Это происходит из-за сохранения заряда в цепи. Когда заряд Q в последовательной цепи снимается с обкладки первого конденсатора (обозначим его как \(-Q\)), он должен быть помещен на пластину второго конденсатора (обозначим его как \( +Q\)) и так далее.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): (a) Три конденсатора соединены последовательно.Величина заряда на каждой пластине равна Q. (b) Цепь конденсаторов в (а) эквивалентна одному конденсатору, емкость которого меньше, чем у любой из отдельных емкостей в (а), а заряд на его пластинах равен Q.

Мы можем найти выражение для полной (эквивалентной) емкости, рассматривая напряжения на отдельных конденсаторах. Потенциалы на конденсаторах 1, 2 и 3 равны соответственно \(V_1 = Q/C_1\), \(V_2 = Q/C_2\) и \(V_3 = Q/C_3\). Эти потенциалы должны суммироваться с напряжением батареи, что дает следующий баланс потенциалов:

\[V = V_1 + V_2 + V_3.\]

Потенциал \(V\) измеряется на эквивалентном конденсаторе, который удерживает заряд \(Q\) и имеет эквивалентную емкость \(C_S\). Подставляя выражения для \(V_1\), \(V_2\) и \(V_3\), получаем

\[\dfrac{Q}{C_S} = \dfrac{Q}{C_1} + \dfrac{Q}{C_2} + \dfrac{Q}{C_3}.\]

Отменяя заряд Q , мы получаем выражение, содержащее эквивалентную емкость \(C_S\) трех последовательно соединенных конденсаторов:

\[\dfrac{1}{C_S} = \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} + \dfrac{1}{C_3}.\]

Это выражение можно обобщить для любого количества конденсаторов в последовательной сети.

Серия

Комбинация

Для конденсаторов, соединенных последовательно, обратная величина эквивалентной емкости представляет собой сумму обратных величин отдельных емкостей:

\[\dfrac{1}{C_S} = \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} + \dfrac{1}{C_3} + \dots \label{capseries}\]

Пример \(\PageIndex{1}\): эквивалентная емкость последовательной сети

Найдите общую емкость трех последовательно соединенных конденсаторов, если их индивидуальные емкости равны \(1.000 мкФ\), \(5000 мкФ\) и \(8000 мкФ\).

Стратегия

Поскольку в этой сети всего три конденсатора, мы можем найти эквивалентную емкость, используя уравнение \ref{capseries} с тремя членами.

Раствор

Вводим данные емкости в уравнение \ref{capseries}:

\[ \begin{align*} \dfrac{1}{C_S} &= \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} + \dfrac{1}{C_3} \\[4pt] &= \dfrac{1}{1,000 мкм F} + \dfrac{1}{5.000 \мкФ} + \dfrac{1}{8,000 \мкФ} \\[4pt] &= \dfrac{1,325}{\мкФ}.\end{align*} \]

Теперь инвертируем этот результат и получаем

\[ \begin{align*} C_S &= \dfrac{\mu F}{1,325} \\[4pt] &= 0,755 \mu F.\end{align*} \nonumber\]

Значение

Обратите внимание, что в последовательной сети конденсаторов эквивалентная емкость всегда меньше, чем наименьшая отдельная емкость в сети.

Параллельная комбинация конденсаторов

Параллельная комбинация трех конденсаторов, в которой одна пластина каждого конденсатора подключена к одной стороне цепи, а другая пластина подключена к другой стороне, показана на рисунке \(\PageIndex{2a}\).Поскольку конденсаторы соединены параллельно, все они имеют одинаковое напряжение V на своих пластинах . Однако каждый конденсатор в параллельной сети может хранить различный заряд. Чтобы найти эквивалентную емкость \(C_p\) параллельной сети, заметим, что общий заряд Q , хранящийся в сети, представляет собой сумму всех отдельных зарядов:

\[Q = Q_1 + Q_2 + Q_3.\]

В левой части этого уравнения мы используем соотношение \(Q = C_pV\), которое справедливо для всей сети.В правой части уравнения мы используем соотношения \(Q_1 = C_1 V\), \(Q_2 = C_2V\) и \(Q_3 = C_3V\) для трех конденсаторов в сети. Таким образом, мы получаем

\[C_pV = C_1V + C_2V + C_3V.\]

Это уравнение в упрощенном виде представляет собой выражение для эквивалентной емкости параллельной сети из трех конденсаторов:

\[C_p = C_1 + C_2 + C_3.\]

Это выражение легко обобщается на любое количество конденсаторов, соединенных параллельно в сети.

Параллельная комбинация

Для конденсаторов, соединенных параллельно, эквивалентная (чистая) емкость представляет собой сумму всех отдельных емкостей в сети,

\[C_p = C_1 + C_2 + C_3 + … \label{capparallel}\]

Рисунок \(\PageIndex{2}\): (a) Три конденсатора соединены параллельно. Каждый конденсатор подключен непосредственно к аккумулятору. б) Заряд эквивалентного конденсатора равен сумме зарядов отдельных конденсаторов.

Пример \(\PageIndex{2}\): эквивалентная емкость параллельной сети

Найдите общую емкость трех параллельно соединенных конденсаторов, если их индивидуальные емкости равны \(1.0 \мкФ\), \(5,0 \мкФ\) и \(8,0 \мкФ\).

Стратегия

Поскольку в этой сети всего три конденсатора, мы можем найти эквивалентную емкость, используя уравнение \ref{capparallel} с тремя членами.

Раствор

Ввод заданных емкостей в уравнение \ref{capparallel} дает

\[\begin{align*} C_p &= C_1 + C_2 + C_3 \\[4pt] &= 1,0 мкм F + 5,0 мкм F + 8,0 мкм F \\[4pt] &= 14,0 мкм F.\конец{выравнивание*}\]

Значение

Обратите внимание, что в параллельной сети конденсаторов эквивалентная емкость всегда больше, чем любая из отдельных емкостей в сети.

Сети конденсаторов обычно представляют собой некоторую комбинацию последовательных и параллельных соединений, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\). Чтобы найти чистую емкость таких комбинаций, мы идентифицируем части, которые содержат только последовательные или только параллельные соединения, и находим их эквивалентные емкости.Мы повторяем этот процесс, пока не сможем определить эквивалентную емкость всей сети. Следующий пример иллюстрирует этот процесс.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): (a) Эта схема содержит как последовательное, так и параллельное соединение конденсаторов. (b) \(C_1\) и \(C_2\) последовательно; их эквивалентная емкость равна \(C_S\) c) Эквивалентная емкость \(C_S\) подключена параллельно \(C_3\). Таким образом, эквивалентная емкость всей сети представляет собой сумму \(C_S\) и \(C_3\).

Пример \(\PageIndex{3}\): эквивалентная емкость сети

Найдите общую емкость комбинации конденсаторов, показанной на рисунке \(\PageIndex{3}\). Предположим, что емкости известны с точностью до трех знаков после запятой (\(C_1 = 1,000 мкФ, C_2 = 5,000 мкФ, C_3 = 8,000 мкФ\)). Округлите ответ до трех знаков после запятой.

Стратегия

Сначала мы определяем, какие конденсаторы соединены последовательно, а какие — параллельно. Конденсаторы \(C_1\) и \(C_2\) включены последовательно.Их комбинация, обозначенная \(C_S\), параллельна \(C_3\).

Раствор

Поскольку \(C_1\) и \(C_2\) соединены последовательно, их эквивалентная емкость \(C_S\) получается по уравнению \ref{capseries}:

\[\begin{align*} \dfrac{1}{C_S} &= \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} \\[4pt] &= \dfrac{1}{1.000 \mu F} + \dfrac{1}{5.000 \mu F} \\[4pt] &= \dfrac{1.200}{\mu F} \end{align*}\]

Для этого

\[ C_S = 0,833 \мкФ. \номер\]

Емкость \(C_S\) соединена параллельно с третьей емкостью \(C_3\), поэтому по формуле \ref{capparallel} находим эквивалентную емкость C всей сети:

\[\begin{align*} C &= C_S + C_3 \\[4pt] &= 0.833 мкм F + 8.000 мкм F \\[4pt] &= 8.833 мкм F. \end{align*}\]

Сеть конденсаторов

Определите чистую емкость C комбинации конденсаторов, показанной на рисунке \(\PageIndex{4}\), когда емкости равны \(C_1 = 12,0 мкФ, C_2 = 2,0 мкФ\) и \(C_3 = 4,0 мкФ\). Когда на комбинации сохраняется разность потенциалов 12,0 В, найти заряд и напряжение на каждом конденсаторе.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): (a) Комбинация конденсаторов.(b) Эквивалентная комбинация из двух конденсаторов.

Стратегия Сначала мы вычисляем чистую емкость \(C_{23}\) параллельного соединения \(C_2\) и \(C_3\). Тогда C — чистая емкость последовательного соединения \(C_1\) и \(C_{23}\). Мы используем соотношение \(C = Q/V\), чтобы найти заряды \(Q_1, Q_2\) и \(Q_3\), а также напряжения \(V_1, V_2\) и \(V_3\) на конденсаторы 1, 2 и 3 соответственно.

Решение Эквивалентная емкость для \(C_2\) и \(C_3\) равна

\[C_{23} = C_2 + C_3 = 2.0 мкФ + 4,0 мкФ = 6,0 мкФ.\]

Вся комбинация из трех конденсаторов эквивалентна двум последовательно включенным конденсаторам,

\[\dfrac{1}{C} = \dfrac{1}{12,0 мкм F} + \dfrac{1}{6,0 мкм F} = \dfrac{1}{4,0 мкм F} \Rightarrow C = 4,0 мкФ\]

Рассмотрим эквивалентную комбинацию двух конденсаторов на рисунке \(\PageIndex{2b}\). Поскольку конденсаторы соединены последовательно, они имеют одинаковый заряд \(Q_1 = Q_{23}\). Кроме того, конденсаторы имеют общую разность потенциалов 12,0 В, поэтому

\[12.0 V = V_1 + V_{23} = \dfrac{Q_1}{C_1} + \dfrac{Q_{23}}{C_{23}} = \dfrac{Q_1}{12,0 мкм F} + \dfrac{Q_1 }{6,0 мкм F} \Rightarrow Q_1 = 48,0 мкм C.\]

Теперь разность потенциалов на конденсаторе 1 равна

.

\[V_1 = \dfrac{Q_1}{C_1} = \dfrac{48,0 мкм C}{12,0 мкм F} = 4,0 В.\]

Поскольку конденсаторы 2 и 3 соединены параллельно, они имеют одинаковую разность потенциалов:

\[V_2 = V_3 = 12,0 В — 4,0 В = 8,0 В.\]

Следовательно, заряды на этих двух конденсаторах соответственно равны

\[Q_2 = C_2V_2 = (2.0 мкФ)(8,0 В) = 16,0 мкКл,\]

\[Q_3 = C_3V_3 = (4,0 мкФ)(8,0 В) = 32,0 мкКл\]

Значимость Как и ожидалось, чистый заряд при параллельной комбинации \(C_2\) и \(C_3\) равен \(Q_{23} = Q_2 + Q_3 = 48,0 мкКл\)

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Определите чистую емкость C каждой сети конденсаторов, показанной ниже. Предположим, что \(C_1 = 1,0 пФ, C_2 = 2,0 пФ, C_3 = 4,0 пФ\) и \(C_4 = 5,0 пФ\). Найдите заряд каждого конденсатора, если разность потенциалов равна 12.0 В в каждой сети.

Ответить на

\(C = 0,86 пФ, Q_1 = 10 пКл, Q_2 = 3,4 пКл, Q_3 = 6,8 пКл\)

Ответ б

\(C = 2,3 пФ, Q_1 = 12 пКл, Q_2 = Q_3 = 16 пКл\)

Ответ c

\(C = 2,3 пФ, Q_1 = 9,0 пКл, Q_2 = 18 пКл, Q_3 = 12 пКл, Q_4 = 15 пКл\)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *